2023年4月17日发(作者：个人简历模板免费)
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自钻头问世以来，以其优良的性能及随之而带来的经济效益，越来越多的
PDC
受道现场作业队的青睐。然而美中稍有不足的是，在现场的应用中，只是而以，也就是
PDCPDC
说，作业人员对其了解还不是很深刻。鉴于此，本人欲从其特点，包括钻头的设计特点和它的
PDC
结构特点，还有其破岩机理上给予归纳、总结和分析、推理，以期望能为现场作业提供一点技术上
的借鉴和参考。
PDC钻头的特点和破岩机理
摘要
：本文在简要介绍了钻头的物质成份，两大类别（胎体钻头和刚体
PDC
钻头）及其不同物质在钻井作业过程中所起的作用的基础上，归纳、总结了钻头特点，包括其设
PDC
计特点和结构特点；同时较详细地分析了在打定向井时，钻头
PDC
的结构特征因素对造斜率的影响；另外也在分析、归纳、总结国内外专家、学者的独特见解的基础上，
对钻头的破岩机理，也在一定程度上给予阐述。并在此基础
PDC
上，最后也提出了一些钻头的选型依据。
PDC
关键词：
PDC
钻头特点机理分析
；；
Abstract:ThisthemsisbrieflyintroduceswhichmaterialsPDCbitismadefrom,howitismanufact
ured,andthedifferenttypesofPDCbits,alsoshowsyoutheprincipalfunctionsofthedifferentmaterials请假条怎样写
ofPDCbitindrilling----onthebasisofthe,summariesthecharacteristicsofPDCbit,includingitsdesi
gningcharacteristicsandstructuralcha未解之谜
racteristics,andspecificlyanalystheeffectofitsstructuralc
haracteristicsontheleaningrationinthecontrolleddirectionaldrilling
。
Atthesametime,afterstudyingthespecificideasofthedifferentexpertsathomeandabroad,tosomee
xtent,analysandsummariestherockbreakingmechanismofP
DCbit
。
Intheend,onthisbasis,givesyousomefactersthatcanhelpyouho
wtochooPDCbiteffiently
。
Keywords:PDCbit;characteristics;
Mechanismanalysioffered
s
正文：
近年内，随着钻头的广泛应用，钻头在型号和质量上都进行了较大的改进，已经在软
PDCPDC
到硬的地层中逐步使用，并且取得了较好的经济效益，为更好地使用钻头，使其最大限度地发挥
PDC
优势，以便更好地服务于钻井作业，特从其特
点和破岩机理方面撰写此文。
PDCPolycrystallineDiamondCompact
钻头，就是聚晶金刚石复合片钻头，即
Bit1mm,
。它以金刚石为原料加入粘结剂在高温下烧结而成。复合片为圆片状，金刚石层厚度一般小于
切削岩石时作为工作层，碳化鸨基体对聚晶金刚石薄层起支撑作用。两者地有机结合，使既具有
PDC
金刚石地硬度和耐磨性，又具有碳化鸨地结
构强度和抗冲击能力。由于聚晶金刚石内晶体间地取向不规则，不存在单晶金刚石固有地解理面，所以
PDC
的抗磨性及强度高于天然金刚石的，且不易破碎。由于多种材料的存在，热稳定性较差，
PDC
同时脆性较强，不能经受冲击载荷。
PDC钻头的特点
1973
年美国开发了聚晶金刚石复合片钻头，国外广泛应用于软-中硬地层。在中
东和北海的深井及海洋钻井中首先获得了高井尺、高钻速，大大缩短了建井周期，降低了钻井成本，受
到了钻境界的广泛重视，成为钻井工具的一项重大成就。国内对钻头也引起了极大的关注和兴趣，
PDC
随着钻井技术人员对钻头的认识和
PDC
钻头体
（胎体）
济
丫
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•
二
，
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歌
二
L:
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胎体尸DC钻头
实践，它正在逐步取得
较好的使用效果。
按钻头材料及切削齿结构划分，钻头有钢体和胎体两大类别（间上图
PDC1-2）
胎体钻头用碳化鸨粉末烧结而成，用人造聚晶金刚石复合片钎焊在碳化鸨胎体上，用天然金刚石保径。
碳化鸨胎体耐冲蚀、耐磨、强度高、保径效果好。钻头水眼水道面积可以根据钻井工艺需要的水力参数
来设计，有较大的灵活性。胎体外形可以根据地层特点设计，变化胎体形状只要改变模具而不需要增加
设备。钢体钻头，
PDC
是用馍、铭、铝合金机械加工成形。经过热处理后在钻头体上钻孔，强人造聚晶金刚石复合片压入（紧
配合）钻头体内，用柱状碳化鸨保径。它比胎体杭州亚运会场馆
钻头成本低
20%
左右，但不耐磨且易被冲蚀。
PDC钻头的设计特点
PDCPDC
钻头的性能在很大程度上取决于切削齿的质量，钻头都采用了高质
钻头采用爪型设计
量爪型齿和环形齿，经过与其它类型复合片对比试验分析，证明它具有抗剪强度高、
耐冲击、寿命长、热稳定性能好的特点，与同尺寸普通齿相比，爪型齿的金刚石含量提高了。
PDC2
722.
倍，抗冲击破坏能力提高倍。大刀翼设计
全部钻头系列的刀翼进行加高加大，采用超大排屑流道设计，可以更加有效的运移钻屑，
PDC
清洗钻头，防止钻头泥包，提高机械钻速。
3 .
抗回旋设计
采用力学平衡设计，对钻头进行螺旋保径设计、轨道布齿设计、缓冲块设计以保证钻头抗
PDC
回旋性能。
4 .
防泥包涂层设计和制造技术
QP
系列钻头可根据地层情况进行防泥包涂层设计，它采用了独特的对钻头表面负离子处理技
术，使钻头表面带有负电荷，在钻头周围形成一个阳板，形成电流,
钻头与钻井液之间形成一个水的集区，其作用就如同润滑剂或象隔板，在钻进中，泥页岩钻屑中的负离
子与钢体表面的负电荷相斥，从而起到防泥包的效果。
5 .
可修复性
钢体钻头的本体磨损和切削齿破碎后可进行修复和更换，使得钻头的使用成本大大降
PDC
低。
PDC钻头结构特征及此因素对造斜率的影响
钻头的费用在一口井中的总费用中所占的比例不是很大，但选好和用好一只钻头对提高机械钻速、
提高造斜率和降低全井费用却是关系重大。为了高速、优质、低成本地钻好定向井，应从定向钻井的独
特性出发优选钻头。
定向造斜段钻井的特点使使用井下马达，钻头转歧途的近义词
速高，钻头切削齿和钻头外径
磨损快钻头寿命缩短。在定向段钻进过程中，需要钻头能保持住所要求的工具面角度，如
果所选的钻头布能提供合适的导向能力，就会获取布到所设计的造斜率或偏离所定的方位。
这样，就会增多纠斜和扭方位的次数或增多更换下部钻具组合的次数。
由于钻头具有无活动件、适应高转速低钻压钻进工况之特点和钻头使用寿命长的优点，因
PDC
此更适合与动力钻具配合使用，多次现场施工结果表明，动力钻具钻头钻进方式有利于提高钻
+PDC
井速度，减少起下钻次数、保证钻具安全，取得了动力钻具+牙轮钻头钻进方式无法比拟的技术经济效
益。
常规定向井施工主要时通过选择合适的造斜工具（弯接头+动力钻具、单弯动
力钻具、双弯动力钻具等）调整侧向力的大小，从而控制造斜率的高低，而同样的
侧向力与不同结构的钻头配合对造斜率时有极大的影响的。
PDC
在此，我本人认为影响钻头造斜率的钻头结构特征因素主要有以下几点：钻头体长度、钻
PDC
头冠状形状、钻头保径类型、保径切削齿侧倾角等等。
1PDC
结构特征因素影响钻头造斜率的机理分析
众所周知，定向钻具组合的造斜率时通过下部钻具组合的弯曲形状产生钻头侧向力，使钻头
在沿轴线方向钻进的同时侧向切削井壁而产生轨迹偏移的。钻头轴向钻进和侧向切削的偶合产生一定的
造斜率。在侧向力和钻头轴向钻速一定的情况下，很显然钻头的侧向切削能力越强，钻具组合的造斜率
就越高。
1.1
钻头体长度对造斜率的影响
在如图所示的带弯接头的造斜钻具组合中，依据文献（《短弯外壳导向
1—3
钻具的造斜率计算》（帅健））中的导向动力钻具造斜率计算公式：
k=
2a
l_'1_
12
式中：导向钻具造斜率；
k------
a——
弯接头弯角;
L------
1
弯接头肘点至钻头的距离；
L2——
弯接头肘点至下部钻具组合上切点的距离；
F
C
作用在钻头上的侧向力
可知：在其它结构参数一定的情况下，「增大，即选用轴径短
Lk
从公式（
1）
的钻头能增加造斜率。
PDC
1 .2
钻头的冠部形状对造斜率的影响
在侧向力一定的情况下，钻头和地层地侧向接触面积越小，作用在单位井壁
F
C
上地侧向力越大、侧切力越强、钻头地造斜率越高。因此要想获得较高地造斜率，因选用冠部平坦，
与地层侧向接触面小地钻头。
PDC
2 .3
钻头保径类型对造斜率地影响
定向段钻井地特点之一是侧向载荷大，下部钻具组合地弯曲角度越大或弯曲部分离钻头越远所引起地
侧向载荷越严重，井下马达高速运转、井底沉积岩屑床、受侧向载荷等因素底综合影响，会使钻头外
径很快磨损。为了克服定向钻头外径的磨损，发展了钻头保径技术，常见的保径方式有在钻头
PDC
的台肩上镶焊齿或在钻
PDC
头的外径上镶焊硬质合金块。
钻头保径长度取决于耐磨性和可导性。钻头保径长度越长，耐磨性越强，但可导向性差；而保径
长度较段则耐磨性较差，而导向性好，要根据地层的可钻性、可研磨性和导向能力来拳衡钻头的保径
长度。保径长的钻头一般比保径段的钻头更稳定，但这种钻头所能获得的最大造斜率小，定向施工人
员一般都避免使用。保径上径向排列切削齿，这种设计制造的钻头具有导向和保径双重功能，
PDC
比硬质合金
块保径的钻头造斜率效果好，
1. 4
钻头保径切削齿侧倾角对造斜率的影响
图为钻头保径切削齿侧倾角示意图，显然径切
1-4PDC
削齿侧倾角越小，切削齿吃入岩石的深度越大，钻
B
头的侧向切削能力越强。从另一个角度讲，为了便于
在定向施工时通过钻压控制工具面，宜选用保径切削
齿后倾角较大的钻头扭矩较平稳，反扭角波动范
PDC
围较小，钻出的井眼更平滑。所以在选择钻头时应综合考虑。
1.5
钻头翼片对造斜率的影响
施工中发现，六翼片的钻头比三翼片的钻头工具面稳定，短翼片的钻头
PDCPDCPDC
比长翼片的钻头工具面更稳定，使用三长翼片的
PDCPDC
钻头定向钻井时，工具面反扭角对钻压反应过于灵敏，钻压稍微的变化，工具面就偏离了预
定的角度，造斜率较低。这是因为钻头翼片长、个数少，钻头间歇性侧向切削井壁，作用在
钻头上的扭矩波动范围大而至的。定向时，宜选用翼片多而短的钻头。
PDC
在进行钻头造型时，通常采用两步法，第一步是预选型，就是将要使用
PDC
PDC
钻头井段的测井资料重的声波时差、岩石密度、自然伽玛等参数输入计算机
内，利用钻头专业选型程序进行自动聚类分析，将岩石可钻性、硬度、塑性
PDC
系数、抗剪强度等聚类为一个综合岩石级值，从而选择钻头的型号。第二步
PDC
是分析选型，结合邻井已完钻井的钻头使用情况，分析钻井参数和钻井实效，进行优化、深入地设
计钻头地使用井段、钻压、钻井液参数、上返速度和合理钻井速度，以保证钻头使用
PDCPDC
的有效性。在进行钻头选型时，可以结合测井资料建立该区块岩石的抗压强度、抗剪切强度和岩石
可钻性的数学模型，利用这些
结果可推导出岩石硬度数值与钻头适用地层的岩石硬度分级表相对照，就可
PDC
选择出符合该井段的钻头类型。
S=0.0045E(1-V)-0.008E
ASSHSSH
W
S=255.1--C
tb=22
S
S
a
1
一
Cb
P(V
；
-V)
S
2
H=25.39e
di.K
4d4
H=25054.744(K-1)
d2d
b
__2
Kd=ae'
p
式中：、回归系数（与钻头类型有关）
ab
SSMP
aa
t
抗压、抗剪切强度，
HH
did2
、塑性、脆性地层岩石强度
VVs/m
S
、
pW
地层纵、横波速度，
At;
pW
地层中纵波传播时间，
S
E-
S
岩石静弹性参数
K
d
岩石可钻性级值
V
sh
地层中的泥质含量
压力损失系数是钻头水力设计的基础，只有准确地计算出压力损失系数，才能正确地指导现场施
工，因为对于不同的井眼剖面岩石特性、井身结构和钻井液流变性，就会有相应的一组钻井参数，为
保证数据的准确性，最好的方法就是利用现场实钻数据来计算钻头压力降和压力损失系数。
钻头压力降计算：
R
P=
b
Cd
2
压力损失系数:
___18
K=(P-P)/HQ
sbs
式中：钻头压力降，泵压，
PMPPMP
basa
；；
Mg/cmC
。钻井液密度，流量系数；
3
；
Q
s
钻井泵排量，井深，
L/s;Hm;
Dcm
e
钻头喷嘴直径，。
因为占头在钻进时，时依靠一定地钻压吃入地层，有转盘通过方钻杆和钻柱及其它钻具，
PDC
如扶正器和短结等等把扭矩传给钻头，在钻头旋转时，带动牙齿把岩屑”犁”下来，为确保被剥离的
岩屑脱离井底后能够上返出井口，要求泵的排量达到一定数值，使环空钻井液达到猊上的携岩能
50
2
V=
min
1
0.14(2.5-P)d
3s
M解
1
3
Q=008V(D-D)
minmin2b2p
。父
力而使岩屑不会下沉。
式中环空最低上返速度，
：
Vm/s;
min
dmm;Dmm;
sb
岩屑直径，井眼直径，
Dmm;g/cm;
pp3
钻具直径，岩屑密度，
P
钻井液视粘度。
，
mPaso
我们常规喷射钻井设计牙轮钻头时，时以钻头的最大牙耗或最大水马力来考
虑钻头水力参数等，而占头是以它高强度的牙齿来剥蚀岩石，通过钻头体上的导流槽排除岩屑，
PDC
如果水力冲击力太大，钻井液裹携着泥沙不断地冲蚀钻头本体，
而造成钻头不可修复，因此在使用钻头时，不考虑水力破岩地能力，并能及时
PDC
地携带出井底岩屑即可。
因为钻头是以其寿命长、钻进速度快、提下钻次数少而缩短钻井周期地，
PDC
如果以最大水马力来考虑钻头地水利参数，当占头一次入井的进尺较大，
PDCPDC
势必引起高泵压，而超过设备所能承受的泵压，就会损耗循环系统的寿命。为使钻
井系统能在钻进中正常运行，就必须全面考虑钻头的各方面影响因素，在
PDCPDC
钻头钻进的过程中，钻井泵的排量使一定的，此时泵压与井深成正比，所以在
PDC
钻头入井时，钻头压降设计要根据钻头完钻井深来制定，以保证设备的安全。
PDC
只有这样，才能最大限度地发挥占头在使用上地优势。
PDC
PDC
扑到此钻头地牙齿在镶嵌入胎体时，与牙齿所接触的地平面称一定角度，
而牙轮钻头地牙齿时以楔形接近垂至于地面，故此在使用钻头时，钻压比牙轮
PDC
钻头的低，同时钻头在旋转过程中剥蚀地层，对于新钻头来说，高钻压容易引起钻头憋跳而使
PDC
牙齿破碎。为避免以上影响钻进速度的因素，制定了占头的钻
PDC
压合理使用范围。
PDC
钻头的破岩机理
PDC(Ballat)
钻头的破岩机理及方式对软地层主要室犁，对硬地层室靠剪切。聚晶金刚石钻头
：
靠剪切。在高速摄像机下可见钻头复合片破岩就像切削金属
PDC
一样。比利时型钻头钻进岩石时(从电影里可见)完全避免了重复切削，岩屑以抛物线方式很快
LX22
离开钻头，岩屑连续长度最长的达。米。
05
由于岩石本身抗剪切强度较低，抗压请读较高，对于同样的岩石剪切、犁的方式挖开地层的能量
比牙轮钻头靠压碾的方式需要的能量少(剪切是压碾的
1/8),PDC
钻头比牙轮钻头钻速快。同样的装备条件，对种硬地层，钻头比牙轮钻头颈嫩
PDC
破岩。
PDC
钻头切削元件-复合片，室用薄层人造聚晶金刚石经高温高压粘结在碳化鸨衬底上底，见图
1-5
所示。
聚晶金刚石薄片上月年个许多小晶粒底人造金刚石以不同规则、不同方向结合制成底，其抗耐磨
性非常好。碳化鸨基底加强了复合片底抗冲击性能。复合片在工作过程种可以自锐，即经过磨损后，
其前刃还是度，不会变钝。
90
在钻井过程中，钻头用低钻压、高转速赖获得较高的钻速。而这种钻井参数不易产生井斜，
PDC
可与螺杆钻具、涡轮钻具配合使用钻定向井，可用于近平衡和超平衡钻井，可钻深井(高温井)，可在
小于环境下工作。由于没有活动件，排出了掉牙轮的危险。对油基、水基、重泥浆及泡沫钻井
500c
0
液、天然气钻井及空气钻井等都适应。并可获得较高的进尺和钻速。虽然钻头价格较高，但由
PDC
于进尺高、
机械钻速快，与牙轮钻头相比能获得更好的经济效益。
结论与建议
(1) PDC
钻头具有独特性能，在使用过程中要详细了解所使用钻头的型号特点，并针对不同
地层合理优选钻井参数与下入深度，按占头规定技术参
PDC
数进行操作，才能收到预期的结果。钻头修复技术极大地提高了其使用
PDC
经济性及投入风险，钻头生产商应进一步更加积极地开展并加强此项技术的服务。
(2) PDCPDC
对钻头在井下工作原理的分析表明，在深井钻井中，如果对
钻头增加反向向上的喷嘴，可以减小液柱对井底岩屑的压持作用力，并增大钻井液上返速度
和紊流携岩能力。
(3) PDC
(4) PDC
在泥岩地层中，使用占头可以十分明显地提高钻井速度，在进行钻
井设计时，可以根据钻头的这一特点优化井身结构，预防井下复杂情况的发生。
PDC
钻头配合动力钻具进行钻井施工具有明显的经济效益，可以避免牙轮钻头综述性论文
不适应动
力钻具的特点而造成不必要浪费，钻头选型好能进一步
PDC
提高机械钻速和造斜率，应逐步推广使用。
(5)
常规的定向井施工中，为了控制钻井成本，力求一趟钻完成定向、增斜、
稳斜直到完钻，近年来，现场逐步实验推广导向钻具，动力钻具的特点时低
钻压、高转速正好符合占头的工作参数范围，建议导向钻具配合钻
PDCPDC
头使用。
(6) PDC
短平式外形、保径短的钻头造斜率高。钻头保径采用径向排列硬质
合金块或切削齿，减小保径切削齿的侧倾角，这种结构的钻头有利于提高侧切削
PDCPDC
能力，从而提高其造斜率。
(7) PDC
钻头在施工中的工具面反扭角对钻压较灵敏，给施工造成一定难度，建议选用翼
片多而短的钻头，同时钻进时送钻要稳，切忌切菜式送钻。
PDC
